Gratloses Schmieden von Metall-Matrix-Kompositen auf Aluminiumbasis
Final Report Abstract
Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden verschiedene MMC-Werkstoffe auf Basis der kommerziell verfügbaren Aluminiumlegierung Dispal S250 auf ihre Eignung für das gratlose Präzisionsschmieden untersucht. Zunächst wurden Fließkurven für die verwendeten Werkstoffe aufgenommen. Dabei wurde wie erwartet festgestellt, dass die Fließspannung mit zunehmender Temperatur abnimmt. Zudem nimmt die Dehnbarkeit für steigende Temperaturen zu. Weiterhin wurde festgestellt, dass mit steigendem Partikelanteil die Fließspannung steigt. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden verwendet, um einen gratlosen Schmiedeprozess simulativ auszulegen und die Gesenke zu konstruieren. Dabei wurde insbesondere auf eine Temperierung der Umformwerkzeuge geachtet, um eine Auskühlung des Werkstückes zu vermeiden. Anschließend wurden experimentelle Untersuchungen auf einer hydraulischen Presse durchgeführt, um den Einfluss der Prozessparameter Anschlagshöhe, Werkstoff, Stößelgeschwindigkeit und Temperaturkombination auf die Gutteilrate zu beurteilen. Ein Gutteil ist ein Bauteil, welches im Untersuchungsbereich keinerlei Risse aufweist. Dabei wurde festgestellt, dass die Umformgeschwindigkeit im untersuchten Bereich keinen Einfluss auf die Umformbarkeit hat. Demgegenüber führen höherer Werkstücktemperaturen zu einer Steigerung der Gutteilrate der Werkstoffe. Um eine Prozessauslegung für weitere Bauteile zu ermöglichen, wurden verschiedene Versagenskriterien auf ihre Aussagefähigkeit bei der Umformung von Aluminium-MMC-Bauteilen untersucht. Dabei hat sich herausgestellt, dass weder der Umformgrad noch das Risskriterium nach Latham and Cockkroft als Kriterium geeignet sind. Das Risskriterium nach Latham and Cockkroft ermöglicht eine qualitative Versagensprognose. Eine quantitative Bewertung ist nach Latham and Cockkroft nicht möglich, da der kritische Wert für alle Werkstoffe trotz unterschiedlicher Umformbarkeit gleich groß ist. Das Kriterium eignet sich also nicht um einen kritischen Wert festzulegen bei dem ein MMC-Werkstoff reißt. Die Untersuchungen der mechanischen Eigenschaften führen zu der Erkenntnis, dass die geschmiedeten Bauteile den sprühkompaktierten Rohteilen unterlegen sind. Um die Umformbarkeit der Werkstoffe besser zu definieren, sind weitere Untersuchungen notwendig. In folgenden Forschungsprojekten sollte der Einfluss des Herstellverfahrens von Al-MMC auf das Formänderungsvermögen des Werkstoffes untersucht werden. Als alternative Herstellverfahren für Al-MMC Werkstoffe können die Prozesse Einrührverfahren, Pulvermetallurgie und Schmelzinfiltration mit dem hier verwendeten Verfahren des Sprühkompaktierens verglichen werden. Weiterhin sind Untersuchungen erforderlich, welche die mechanische Eigenschaften der Bauteile in Abhängigkeit des gesamten Produktentstehungszyklus untersuchen. So können Zusammenhänge zwischen Herstellverfahren, Umformparametern und Bauteileigenschaften erarbeitet werden. Insbesondere die Durchführung von Dauerschwingversuchen scheint für einen möglichen industriellen Einsatz des Werkstoffes erforderlich zu sein.
Publications
- Analysis of material characteristics and forging parameters for flashless forged long pieces using aluminum-matrix composites. 15th International Conference on advances in materials & processing technologies, 23-26th September 2012, Wollongong
Stonis, M.; Rüther, T.; Behrens, B.-A.
- Alu-MMC trifft gratloses Präzisionsschmieden. In: Konstruktion, Springer VDI Verlag, Jg. 2013., H. 7/8, S. 5-7
Knust, J.; Rüther, T.; Behrens, B.-A.
- Analysis of material characteristics and forging parameters for flashless forged long pieces using aluminum-matrix composites. In: Journal of Materials and Manufacturing Processes, Volume 29, 2014 - Issue 2
Stonis, M.; Rüther, T.; Behrens, B.-A.
(See online at https://doi.org/10.1080/10426914.2013.822986)
